Forskare vid University of California, Los Angeles (UCLA) och California NanoSystems Institute i Los Angeles har nyligen utvecklat en mjuk simrobot baserad på en självförsörjande hydrogeloscillator. Denna robot, presenteras i en tidning publicerad i Vetenskapsrobotik , fungerar under konstant ljusinsläpp utan behov av batteri.

"När jag lyste ljus på en mjuk, snabbt svarande hydrogelpelare, Jag såg att pelaren började svänga runt den optiska strålen, "Yusen Zhao, en Ph.D. student involverad i forskningen, sa. "Det såg väldigt spännande ut för mig, och jag undrade:Hur kan en konstant input producera intermittent output? Under vilka förhållanden sker svängningen? Skulle den vara tillräckligt kraftfull för att driva och simma i vatten, och så småningom leda till solsegel? Med dessa frågor, Jag fortsatte systematiska studier för att uppnå dessa mål."

Zhao och hans kollegor utvecklade en mjuk oscillator gjord av en ljuskänslig mjuk gel, som är gjuten till formen av en pelare eller remsa. När ljus träffar en fläck på denna gelpelare, det absorberas automatiskt och omvandlas till värme. Den lokalt uppvärmda platsen på roboten får den att spruta ut en del av sitt vatten och krympa i volym, vilket resulterar i att dess stjärt böjer sig mot ljuskällan.

"När det böjer sig, svansen i sig blockerar ljuset, " förklarade Zhao. "Därför, den skuggiga fläcken svalnar omedelbart och sväller igen, vilket gör att svansen sjunker igen. Denna process upprepas snabbt, vilket resulterar i en flaxande rörelse som varar så länge som ljuset lyser."

Eftersom gelpelaren är gjord för att vara sammansättningsmässigt homogen och geometriskt symmetrisk, den kan reagera på ljus från godtyckliga riktningar, som kan täcka nästan hela 3D-utrymmet. Oscillatorn har nästan oändliga frihetsgrader, en viktig fördel för robotteknik.

Forskarna utvärderade sin simrobot med sin kropp flytande på vattenytan och svansen under vattenlinjen för att fastställa effektiviteten av dess design. De upptäckte att när ljuset sken på robotens svans, det pendlade upp och ner, i slutändan driver roboten att simma bort från ljuset. Denna unika egenskap att röra sig i en ljuskällas riktning efterliknade fototaxibeteendet hos många levande djur som plankton och nattfjärilar, tillhandahåller ett användbart sätt för navigering och manövrering via fjärrkontroll.

"Skönheten med den mjuka roboten är enkelheten i dess design, "Ximin He, Zhaos handledare på studien, berättade för TechXplore. "Hela roboten är gjord av en enda homogen hydrogel, vilket extremt förenklar tillverkningen och gör den till låg kostnad."

För att tillverka den självförsörjande hydrogeloscillatorn och göra den till en önskad form, forskarna injicerade prekursorlösningen i en fördefinierad form, UV-härdade gelen, och tog bort den från formen. Eftersom principen bakom realiseringen av roboten är mycket allmän och brett tillämpbar, oscillatorn kan byggas av många material.

"Det är spännande att ha upptäckt en ny universell princip för att generera oscillerande rörelse med miljöenergikälla, " sa han. "Med detta, vi insåg att konstant miljöstimulans, som ljus, kan generera kraftfulla svängningar med ett så enkelt material att driva och röra sig i vatten, styrs av ljuset i riktning. Detta ger ett allmänt sätt att skörda och omvandla miljöenergi till kinetisk energi och många andra former av energi för att utföra meningsfullt arbete."

I deras studie, Zhao, Han och deras kollegor avslöjade en ny metod för att generera oscillerande rörelser med hjälp av naturligt förekommande energikällor. Forskare som använder denna metod för att bygga oscillatorer kan välja från ett brett utbud av stimuli-känsliga material, beroende på vilken typ av energi de vill skörda.

Simroboten skapad av forskarna drivs av fotooscillation, och dess rörelser styrs av konstant ljus; Således, den är obunden, batterifri och intelligent. Det är en av de första helt mjuka robotarna som någonsin utvecklats som också är lätta, låg kostnad och lätt att implementera.

"Vi planerar nu att ytterligare optimera materialen för att kunna svänga under bredare förhållanden, såsom temperatur, ljusets våglängder, etc., " sa Zhao. "Vi letar också efter fler applikationer, såsom signalavkänning, energiskörd, och andra robotrörelser."

© 2019 Science X Network